1. 引言:
無塵紙(又名膨化芯材)是一種高附加值的新型衛生用品。它具有卓越的高吸濕性、可靠鎖水性、衛生安全性等優點,廣泛應用于婦女衛生巾、成人尿失禁、嬰兒紙尿褲等產品領域。
由于DeviceNet設備網是基于生產者/客戶網絡模式,它使控制數據能夠同時到達網上的各個站點單元,網絡利用率高;它允許狀態切換的報文發送,可以實現更快的響應,有效地減少了網絡通訊量。周期性的報文發送,提供了更好的確定性;對等通信,允許數據和狀態信息在設備間進行交換;這些優點都為更高的生產率提供了有力保障。
2. 無塵紙生產線的開放式網絡控制結構:
我公司無塵紙生產線全套從歐洲進口,是目前本行業內最先進的設備.其控制系統吸收了美國羅克韋爾公司的全方位自動化的理念,貫穿其Netlinx體系的各級網絡。
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圖1羅克韋爾自動化通訊網絡示意圖
實現了從信息層(Ethernet)到控制層(ControlNet)和現場層(DeviceNet)的無縫連接。如圖1所示.
無塵紙要求較為嚴格的生產工藝條件,它屬于一種干法造紙(Dry Forming)的過程。其基本工藝過程是:在恒溫、恒濕、恒氣壓的環境中將粉碎的木漿、纖維、SAP、PE 粉末等原材料通過成型站均勻成型,再經過噴膠、加熱/熔化、熱壓、冷卻、分切、打卷等過程,制造出合格產品。
我公司的生產線控制層共包括九臺具有以太網功能的A-B PLC5(八臺)和A-B SLC500(一臺)可編程序控制器。它們分別控制:空調(Main Air condition)、原材料準備(Raw material preparation)、松卷機(Tissue Unwinder)、熱油加熱系統(Hot oil System)、過濾包裝系統(Main Filter system)、主線控制系統(Main Line)、打卷系統(Reel)等九個工藝區域。
其中六臺PLC安裝在位于廠房中部的馬達控制中心MCC1房間的PLC控制柜內。各PLC的以太網接口都通過雙絞線連接到PLC柜內的集線器(HUB)上。另三臺PLC安裝在設備現場的控制柜內,它們的以太網接口都通過光纖也連接到MCC1的集線器(HUB)上。
五臺裝有RSview32軟件的A-B 工業PC機安裝在中控室內,它們的以太網接口都連接到中控室一個HUB上,再通過一根光纖也連接到PLC柜內的HUB上。該網通過HUB還與企業Intranet相連,這樣一來,通過TCP/IP協議組成Ethernet網絡,構成信息(管理)層。( 如下圖2 所示:控制層和信息層網絡示意圖)
各臺可編程序控制器除掛接本地及遠程I/O模塊、Panel View人機界面等裝置外,大多安裝了DeviceNet掃描器(1771-SDN或1747-SDN),并通過DeviceNet通訊模塊(1336-GM5,1203-GK5,1794-ADN等)下掛現場智能設備,如變頻器,電機軟起動器,Flex I/O,9000系列光電開關等組成DeviceNet設備網,實現了對現場級裝置的有效控制。
3.DeviceNet 的功能及特點:
DeviceNet 是基于CAN-BUS技術的一種現場總線,它是一種開放型的,符合IEC61158國際現場總線工業標準的通訊網絡。
DeviceNet 用于現場設備與PLC之間的通訊網絡,傳輸速率可設定為125、250、500KPBS,傳輸最大距離為500米,最多節點(站點)為64個,允許在線組態和帶電熱插拔。
DeviceNet支持主/從、多主、對等等通訊方式。用戶的PLC可以利用控制程序及上位PC機的數據,通過DeviceNet網絡實現對現場設備有效監控。
DeviceNet 可以用羅克韋爾公司的RS Networx for DeviceNet 或DeviceNet Manager 軟件進行網絡組態和管理。
DeviceNet網絡結構簡單,實時性強,它采用生產者/客戶模式,提供了強有力的故障診斷與排除能力,是一種理想的設備層現場總線。
4.無塵紙生產線Devicenet 網絡的物理構造。
我公司DeviceNet網絡以四臺A-B PLC5-40E和一臺SLC5/04為主機。PLC機本地機架上都安裝了DeviceNet掃描器模塊(A-B 1771-SDN或1747-SDN)。1771掃描器有兩個通道,每個通道最多可以外接64個站(一般應接63個)。每個PLC利用本機網絡掃描器通過DeviceNet通訊適配器 (1203-GK5,1336-GM5,1794-AND等)來下掛本控制區域的各臺現場總線設備。這些站點主要包括:A-B 變頻器(1336F,1336E,160SSC系列,)A-B電機軟起動器(SMC 150系列) FLEX I/O(1794系列); ARMOR Block防護型I/O組件,9000系列光電開關等。
典型的DeviceNet網絡采用干線/支線物理結構形式。而我公司采用的是雛菊鏈(DaisyChain)的環行連接形式,利用Belden標準圓形五芯屏蔽通訊電纜將各個站點連接起來。( 如下圖3所示,雛菊鏈的DeviceNet設備通訊網絡;以變頻器網絡為例)
由于我廠的設備分布比較分散,某些站點之間相距較遠。尤其是一些現場站點,相距離超過100米。因此所有DeviceNet網絡的傳輸速率都設定為125KBPS, 以確保通訊可靠。除了分布式I/O, 人機界面和傳感器等站點位于生產現場外,一百余臺變頻器的DeviceNet網絡系統分布在兩個馬達控制中心(MCC)室,這就實現了對電動機的集中控制,統一管理。( 如圖4所示:MCC 室內DeviceNet變頻器網絡一角 注:圖中黃色電纜是網絡通訊纜)
在DeviceNet各工作站之間,我們大都采用了敞開式分接口( 注:現場的一些站采用密封的T型分接口或密封連接口 ),將站與站之間的電源線、通訊線、屏蔽線分別地并聯接在一起,組成雛菊鏈形式的物理拓撲結構。在首尾終端兩站分別安裝了終端電阻。(121Ω,1%,1/4W)
5 DeviceNet的組態軟件及控制實現。
利用設備網RS-232-C的PC接口適配人器(1770-KFD)或設備網PC卡(1784-PCD)可以實現PC機與PLC的設備網掃描器的通訊.
DeviceNet的管理軟件RS Networx for DeviceNet 是基于Windows平臺的軟件,利用它可以組態設備網并進行項目管理和網絡故障診斷等。它支持A-B及第三方設備組態電子數據表(EDS)。
DeviceNet規約定義了顯式報文(Explicit Message)和I/O報文(I/O Message)兩種不同性質的報文,兩種報文可以同時在總線上傳送。
組態過程中,首先應組態掃描器,設置掃描器與PLC之間的I/O地址界面,建立掃描器與各站適配器之間的通訊。
組態網絡上各個站時,先要定義各個站的地址(即站號)。站的地址可以不連續,但要與各站適配器DIP開關設定相一致。
對于Flex I/O 或Armor Block I/O 等I/O類型的工作站,我們采用I/O報文(I/O Message)的形式,分配各站的輸入和輸出。I/O報文是周期傳送的,具有較高的優先級,從而保證它的實時性。
對于變頻器、軟起動器等設備類站點,我們采用顯式報文(Explicit Message)的形式,分配PLC和各站之間發送/接收的字長;定義通訊方式和(我們定義為polled 方式,每個掃描周期);建立與PLC之間對應的“軟”I/O關系。
再利用PLC5的編程軟件RSlogix5編制出塊傳送(BTR/BTW)命令,實現PLC對設備網上工作站I/O信息采集和控制。PLC控制程序就可以根據各站的工作狀態向各站發出控制命令,以達到工藝要求。
由于我公司的各PLC都連接到Ethernet上,網上中控制室內有Rsview32監控工作站。各顯示器可顯示出RS view不同工藝區域的監控界面。在中控室既可以控制全廠的設備,也可查看各站點的當前工作狀態,人機界面非常友好。
6.DeviceNet 網絡的使用體會。
(1)DeviceNet現場總線可以節省大量費用。
從安裝階段來看,只通過一根通訊纜,就實現了對整個網上各站點供電及通訊,相對于點對點的控制方式,節省大量的電纜,橋架等。不但縮短了安裝時間,而且降低了安裝費用。
從控制上來看:利用網絡通訊及“軟”I/O方式,也節約了I/O模塊和大筆資金。
如對變頻器工作站,啟動/停止,加速/減速等命令;電壓、電流、溫度等參數,都可從DeviceNet網絡通訊實現,節約了I/O模塊,尤其是模擬I/O模塊,費用相當昂貴。
(2) 設備故障率大大降低,且診斷方便,排除迅速。
DeviceNet由于僅用一條通訊電纜控制整個設備網絡,使設備故障率大大降低;各站點通訊端子支持帶電熱插拔,若某一站點出現問題及故障排除,不影響網上其他站點正常工作。
采用數據通訊方式來控制各站,不但極大減少了傳統點對點方式的電纜數量,也使故障環節大大減少,系統穩定性進一步提高。
通過設備網使MCC的集中控制的形式十分有效,極大方便了設備故障的診斷。例如對變頻器的控制,由于采用MCC及網絡控制方式,一百余臺變頻器僅有五種典型控制電路,便于記憶及故障查找。當某臺變頻器發生故障時,不但可以從總控室看到報警信息,還可以從網絡掃描器或變頻器的人機界面上獲得報警信息,方便快捷。
(3) 系統監控更加方便、智能化。
通過RSview監控界面方式,中控室可以隨時訪問和控制設備網上的一些站點,根據需要調整控制參數又;可以監控網上設備的工作狀態,例如電機電流、溫度等參數,以確保各設備正常工作。
7. DeviceNet網絡的維護及故障處理體會:
(1) 通訊干擾問題
我廠運轉調試階段曾經發生過某些站點的狀態顯示(控制室RSview人機界面)與其實際工作狀態有時不相一致或控制命令執行不嚴格現象。經診斷及分析, 我們主要采取了以下措施。
1). 檢查并緊固各終端電阻,防止信號反射。
終端電阻是用來防止(降低)通訊信號反射。為檢查終端電阻工作是否正常,可以在斷電(只有在預防性維護或系統故障時才可以)的情況下,測量網上任何兩個CAN-H(藍色線)與 CAN-L(白色線)端子之間的電阻應在60Ω-70Ω左右即可(因我廠用的是菊花鏈結構)。
2).可靠連接DeviceNet網絡的接地導線,消除外界噪音干擾。
為防止環流,信號電纜的屏蔽線僅能在一端接地。接地點最好從最接近網絡的物理中心站點處引出,以達到最佳效果,最大限度的消除噪音干擾.我廠的接地線是從PLC機架的掃描器站點引出的.
接地方法為:將V-與Shield及Drain與PE可靠連接
通過1),2)以上兩種方法及定期PM檢查就可確保網絡通訊系統工作良好可靠。
此外,為確保通訊可靠,網絡布線時應注意以下情況:
1).為了避免通訊電纜受動力電纜干擾,通訊纜應單獨布線。若通訊纜與動力纜共用線槽時,通訊纜應穿金屬屏蔽管布線。
2)。站點之間相距較遠或網絡總距離較大時,應使用粗芯通訊電纜。
(2) 若某一站點的設備發生故障,而庫存又沒有同型號的備件更換,可能會造成麻煩。
若設備某站點發生故障,庫存有同型號的備件,換上同型號的備件后,該站即可正常工作。若換上不同型號的備件,則該網絡掃描器檢測到的該物理站點(EDS)與掃描列表(Scan list)不一致.掃描器就會有報警, 該站也無法正常工作。這時,你不得不重新組態一下掃描列表再下裝到掃描器,此站才能正常工作,這是一個應該注意的問題。
8.結束語:
無塵紙生產線由于采用了DeviceNet 現場總線控制技術,極大提高了控制系統的可靠性和實時性。利用現場總線技術進行生產線的自動化控制是一種理想的解決方案。現場總線技術的顯著優點,決定著其廣泛應用是控制領域的必然趨勢。
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